Kipsin matka hyväksytyksi vesiensuojelutoimenpiteeksi

Maanviljelyskemian ja fysiikan dosentti sekä MTK:n ympäristöjohtaja Liisa Pietola kertoo kehitystyöstä ja tutkimuksista, jotka vahvistivat kipsin potentiaalin uudeksi vesiensuojelukeinoksi ja pohjustivat kipsimenetelmän käytännön testausta TraP-projektissa (2007–2010). TraP-kipsinlevityspilotin hyvät tulokset siivittivät edelleen SAVE-hankkeen syntymistä, jossa kipsimenetelmää on testattu laajemmassa mittakaavassa.

Liisa Pietola Maanviljelyskemian ja fysiikan dosentti, MTK:n ympäristöjohtaja 2011–

Kuinka hienolta tutkijasta tuntuu, kun teoria ja käytäntö lyövät kättä, kun molekyylipiirrokset ja maanviljelyskemian reaktioyhtälöt toimivat käytännössä! Eikä vain laboratoriomittakaavassa vaan myös todellisessa maanviljelyssä, jossa voitettavana oli monia lisähaasteita. Tätä matkaa sain olla todistamassa 10–12 vuotta sitten.  Ja näin asiat loksahtelivat kokemukseni ja muistini mukaan.

Oli kevät 2006 ja olin juuri aloittanut Kemira GrowHow’n erikoistutkijana ja maaperäasiantuntijana Espoon Suomenojan tutkimuskeskuksessa. Takana oli 15 vuosikurssia maanviljelysfysiikan ja -kemian luento- ja laboratorio-opetusta Helsingin yliopistossa sekä agronomista maaperätutkimusta yhteistyössä ensimmäisen työpaikkani MTT:n kanssa (nykyisin Luke).

Heti aluksi nostan kolme nimeä ja tahoa, jotka sysäsivät kehitystyön liikkeelle keväällä 2006: MTT:stä professori Erkki Aura, Kemira GrowHow’n jo edesmennyt Espoon tutkimus- ja tuotekehitysosaston vetäjä Jari Peltonen sekä Maaseudun Tulevaisuuden toimittaja Veikko Niittymaa, joka oli kirjoittanut jutun Siilinjärven kipsistä. Jutun otsikon mukaan apatiittikaivoksen ja fosforihappotehtaan kipsikasa pitäisi levittää eroosioalttiille savimaille. Jari toi lehden minulle ja pyysi selvittämään aihetta lisää. Lehdessä oli haastateltu Erkkiä, vanhempaa alani tieteenharjoittajaa ja innoittajaa.

Jatkoimme Erkki Auran kanssa aiheen puntarointia. Muistan, kuinka hän piirteli fosfaattianioneja ja hiukkaspintoja ruutupaperille. Hahmotelmat ja teoriat kuvasivat sitä, miten kipsikäsittelyn jälkeen maaperän liukoinen fosfori tarttuisi maapartikkelien pinnalle riittävän höllästi siten, että kasvi voisi fosforin hyödyntää. Saostusta ei siis tapahtuisi (toisin kuin kalkitusaineen kohdalla pH:n noustessa liikaa), mikä oli yksi keskeinen pointti käytännön viljelyn kannalta.

Erkki oli siis jo tutkinut murustumista suspensiokokein laboratoriossa. Tiesimme, että kipsi parantaa murujen kestävyyttä ja siten partikkelifosforin pakoa pellolta, mutta voisiko se vaikuttaa myös liukoiseen fosfaattifosforiin? Kannatti ihmeessä kokeilla. Teoria oli tukena.

Fosforin käyttökelpoisuuden lisäksi toinen keskeinen pointti, johon liittyi aluksi epäilyksiä, oli kipsin liukoisuus. Jos suuri kipsikasa on pysynyt kasassa, niin miten kipsi liukenisi maassa? Kipsi eli kalsiumsulfaatti kahdella kidevedellä liukenee kuitenkin hyvin maahan sekoitettuna, kun suhteuttaa liukoisuuden maaperän huokostilavuuteen ja vesivirtauksiin.

Laskin annosmääriä kipsin liukoisuuden, maan huokosvesitilavuuksien ja Erkin ohjaaman suspensiojulkaisun (vuodelta 2006) perusteella. Ja nyt nostan esille keskeisen vaikuttajan ja tekijän, Kemira Growhow’n laborantti Ulla Kulokosken, joka alkoi tehdä kipsijauheen ja maan seoksia ja valuttaa läpi vettä, josta mittasimme sameutta ja liukoista fosforia. Teimme kymmeniä, satoja ”lirutuksia” eri maalajeja ja fosforitasoja edustavien peltomaanäytteiden läpi. Ulla oli tavattoman kekseliäs ja toteutti lirutuskokeet tarkasti ja toistoilla, jotka osoittivat tilastollisen luotettavuuden. Veden happamuus ei juuri muuttunut, onhan kalsiumsulfaatti neutraali suola, mutta suolaisuutta kuvaava johtoluku nousi.  Ja se oli juuri tarkoitus – ei liikaa mutta sopivasti, ajatellen samalla maan viljeltävyyttä. Liika suolaisuushan estäisi esimerkiksi itämisen. Taso, joka vastasi 4 tn/ha sekoitettuna 10 cm:n maakerrokseen, osoittautui parhaaksi.

Oleellista oli, että kipsi liukeni maassa, johon se sekoitettiin. Kukkapurkkien kipsi-maa -seokset kostutettiin ja niiden läpi valutettu vesi oli kirkkaampaa ja fosfaattipitoisuus puolet pienempi kuin samalla lailla kostutetun ja valutetun maan ilman kipsiä. Ullan analyysit ja käytännön laboratoriokehitystyö olivat huippua! Ne osoittivat, että maanesteen kalsium- ja sulfaatti-ionit toimivat kemian oppien mukaisesti: Kalsium kahdella positiivisella varauksellaan liitti negatiivisia maahiukkasia toisiinsa ja vahvisti muruja. Sulfaatti lisäsi suolaisuutta ja vähensi repulsiovoimia, jotta hiukkaset pääsivät lähelle toisiaan. Negatiivinen fosfaatti puolestaan pääsi myös lähelle hiukkaspintaa sulfaatin raivaamalle paikalle ja turvaan huuhtoutumiselta huokosvedestä.

Kesän 2006 jälkeen esittelimme lupaavia tuloksia ja jatkoimme työtä taas 2007. Varmistelimme ja tutkimme tarkemmin myös raaka-ainetta: Kipsi syntyy kiven ja hapon yhteistyöstä. Apatiitti reagoi rikkihapon kanssa ja tuloksena on fosforihappoa, sivutuotteena kalsiumsulfaattia. Koska Siilinjärven apatiitti magmaattisena esiintymänä on niin puhdas, myös kipsi oli puhdasta. Meidän ei siis tarvinnut pelätä uraania tai kadmiumia kuten yleensä maailmalla, jossa apatiittiesiintymät ovat sedimenttisiä ja sivutuotteena syntyvää fosfokipsiä pidetään haitallisena.

Syksyllä 2007 TEKES-tutkimus pantiin liikkeelle Kemira GrowHow’n tutkimus- ja kehitysjohtaja Ilkka Kruusin tuella ja TraP-hanke esiteltiin maataloustieteen päivillä tammikuussa 2008. Syksyllä 2008 tulokset olivat esillä pohjoismaisessa fosforikonferenssissa, jonka julkaisu ansainnee paikkansa primäärilähteiden joukossa, Erkki Auran ym. vuoden 2006 julkaisun jälkeen. Suomenojan tuloksissamme uutta olivat tutkimukset viljelykelpoisella kasvualustalla eikä enää vesisuspensioilla. Uutta oli myös liukoisen fosforin pidättyminen, kuten professori Eila Turtola MTT:stä myöhemmin TraP-kokouksessa totesi mittaustensa jälkeen. Veden kirkastuminen suuremmista monoliiteista (jotka oli otettu peltomaasta kipsikäsittelyn jälkeen MTT:n TraP-tutkimuksissa) sai hieraisemaan silmiä, kuten muistan myös erikoistutkija Risto Uusitalon MTT:stä kuvailleen.

TraP-tutkimushanke (2007–2010): vedenlaadun mittauspiste Nummenpäässä.  Kuva: Petri Ekholm, SYKE

TraP-hankkeen (2008–2010) myötä Suomenojan lirutukset laajentuivat Yaran, SYKE:n, MTT:n sekä Helsingin Seudun ja Vantaanjoen  ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen (VHVSY) ja Luode Consulting OY:n sekä TSS:n konsortioksi, jota rahoitti TEKES ja Yara (joka oli ostanut Kemira GrowHow’n 2008, mutta jatkoi projektia tauotta). Tästä kiitoksen ansaitsevat johtotehtävissä jatkaneet Timo Lainto sekä Heikki Sirviö, joka luotsasi projektin sovelluksen osaksi BSAG:n Itämerisitoumusta helmikuussa 2010, tuloksena laajat kipsikäsittelyt Saaristomeren valuma-alueelle syksyllä 2010.

Itämerisitoumuksen taustalla oli vahva TraP-näyttö syksyn 2008 peltolevityksistä: TraP-hanke vei tutkimukset laboratoriosta pelloille ja valuma-aluetasolle, jossa Luode Consultingin Mikko Kiirikki sekä Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesienhoitoyhdistyksen Pasi Valkama mittasivat ja analysoivat jatkuvatoimisten mittauspisteiden tulokset yhdessä SYKE:n erikoistutkija Petri Ekholmin kanssa. TraP-hanke osoitti, että johtoluku pysyy riittävän korkealla ainakin 4 vuotta. Viljavuusnäytteitä otettiin keväin ja syksyin TTS:n Sakari Alasuutarin koordinoimana, ja viljavuusanalyysin johtoluvusta paljastui arvokas indikaattori kipsikäsittelyn vaikutuksen kestosta. Nummenpään valuma-aluetutkimus edusti 100 ha:n peltoaluetta, jossa viljelijä Hannu Rinnekarin merkittävä panos ansaitsee ison kiitoksen, kuten kaikki tässä blogissa mainitut ja monet mainitsematta jääneet.

Osoitimme 10 vuotta sitten, että kipsikäsittely käytännössä puolitti fosforipäästöt pellolta, sekä maahiukkasiin vahvasti sitoutuneen että liukoisen. Pasi Valkaman väitöstyö viime keväältä (https://helda.helsinki.fi/handle/10138/234579) avaa lisää TraP-hanketta ja kipsin matkaa tieteellisesti hyväksytyksi ja käytäntöön soveltuvaksi vesiensuojelutoimenpiteeksi. Vain poliittinen hyväksyttävyys jäi uupumaan. Sitä hakee parhaillaan SAVE-hanke.

Liisa Pietola, maanviljelyskemian ja fysiikan dosentti, MTK:n ympäristöjohtaja 2011–

Mädinhaudontaa Savijoella – hiekka häiritsi koetta

Tutkija Hanna Arola kertoo viime syksynä aloitetusta taimenen mädin haudontakokeesta, jossa on pyritty selvittämään, miten Savijokea ympäröivillä pelloilla tehty kipsinlevitys vaikuttaa taimenen alkioiden selviytymiseen ja kasvuun Savijoessa. Luonnossa taimenen alkiot kehittyvät ja kuoriutuvat joen pohjassa soran suojissa niin kutsutussa kutupesässä. Kokeessa on matkittu taimenen alkioiden luontaista kutupesää hautaamalla mätimunat taimenen luontaisen kutupesän olosuhteita muistuttavaan ”keinopesään”. Kylmä talvi ja jääolosuhteet sekä keinopesien sylintereihin huuhtoutunut hiekka ovat kuitenkin vaikeuttaneet näytteenottoja ja tulosten saamista. Aiempien tutkimusten mukaan kipsinlevitys ei näytä vaikuttavan merkittävästi kaloihin tai muihin vesieliöihin. Kipsinlevityksen vaikutusta kalastoon tullaan jatkossa tutkimaan myös Vantaanjoella tänä syksynä aloitettavassa kipsihankkeessa.

Huhtikuun puoliväliin mennessä koepaikkojen jääkannet olivat sulaneet, ja suuntasimme jälleen Savi- ja Järvijoelle mätinäytteenottoon.

Kaikilla koepaikoilla nostimme yhden sylinterin keinopesistä, eli yhteensä kolme sylinteriä jokaisesta paikasta (Kuva 1a). Avasimme sylinterit ja laskimme elossa olevat yksilöt sekä arvioimme sylintereihin kertyneen hiekan määrän (Kuva 1b). Sekä Savijoen vertailu- että kipsialueella oli eläviä alkioita vain yhdessä kolmesta sylinteristä. Elossa olevien osuus oli vertailualueen sylinterissä 22 % ja kipsinlevitysalueen sylinterissä 38 %. Järvijoella elossa olevien alkioiden lukumäärä oli vähentynyt maaliskuun tilanteesta. Siellä eläviä alkioita oli vain kahdessa sylinterissä, joissa elossa olevien osuus oli 2 ja 76 %.

Kuva 1. a) Näytteenottoon kerätyt sylinterit ämpäreissä (Kuva: Hanna Arola).
Kuva 1. b) Avatun sylinterin sisältö tarjottimella: vasemmalla laidalla alkioita, keskellä sylinteriin kertynyttä hiekkaa ja oikeassa yläkulmassa sylinteriin kokeen alussa laitettu sora (Kuva: Maija Hannula)

Tämän jälkeen teimme vielä kaksi näytteenottoa, yhden toukokuun alkupuolella ja toisen toukokuun loppupuolella. Näillä näytteenottokerroilla havaitsimme iloisia perhetapahtumia, sillä joistakin sylintereistä löytyi kuoriutuneita poikasia (Kuva 2). Kokonaisuudessaan elossa olevien osuus oli kuitenkin vähentynyt entisestään. Yhdestäkään sylinteristä ei enää löytynyt eläviä kuoriutumattomia alkioita ja joissakin Savijoen sylintereissä oli myös kuolleita ruskuaispussipoikasia. Savijoen koepaikoilla vain yhdessä vertailualueen sylinterissä oli viisi elävää poikasta toukokuun alkupuolella, mikä oli 10 % sylinterin alkuperäiseen mätimunamäärään (50 kpl) nähden. Muilta osin Savijoen koepaikoilla ei havaittu eläviä yksilöitä toukokuun näytteenotoissa. Järvijoella elossa olevia poikasia löytyi yhdestä sylinteristä kummallakin toukokuun näytteenottokerralla. Näissä sylinterikohtainen elävien osuus suhteessa alkuperäiseen mätimunamäärään oli toukokuun alussa 2 % ja lopussa 26 %.

Kuva 2. Kuoriutuneita ruskuaispussipoikasia Savijoen vertailualueella toukokuun alussa (Kuva: Maija Hannula).

Kaikkiin sylintereihin oli kertynyt huomattavan paljon hiekkaa, mikä todennäköisesti lisäsi alkioiden kuolleisuutta (Kuvat 3a ja b). Hiekan osuus sylintereiden sisällöstä oli 13–50 %. Lisäksi Savijoen vertailualueella havaittiin maaliskuussa pakkasen puolella olleita veden lämpötila-arvoja, joten siellä keinopesät olivat saattaneet jäätyä. Sen sijaan tammikuussa Savijoen kipsinlevitysalueella havaittu pohjajää ei näkynyt sieltä mitatuissa keinopesien lämpötilalukemissa. Koska säilyvyys oli kokonaisuudessaan hyvin matalaa, ei kipsinlevityksen vaikutuksia taimenen alkioihin ja poikasiin sekä niiden kasvuun pystytty valitettavasti arvioimaan kunnolla.

Kuvat 3a ja b. Hiekkaisia sylintereitä (Kuva a: Maija Hannula, kuva b: Hanna Arola).

Hanna Arola
Bio- ja ympäristötieteiden laitos
Jyväskylän yliopisto

 

Kipsipilottia esitelty mediatilaisuudessa

Kipsipilottia esiteltiin 25.5. Helsingin yliopiston järjestämässä mediatilaisuudessa, joka pidettiin NutriTrade-hankkeen loppuseminaarin yhteydessä Clarion-hotellissa Helsingissä. Toimittajia oli kutsuttu aamukahvin ääreen kuulemaan ja keskustelemaan peltojen kipsikäsittelystä uutena keinona Itämeren suojeluun. Myös asunto-, energia- ja ympäristöministeri Kimmo Tiilikainen osallistui tilaisuuteen.

Projektikoordinaattori Eliisa Punttila, professori Markku Ollikainen ja erikoistutkija Petri Ekholm kertoivat Savijoella toteutetun pilotin lupaavista tuloksista. Kipsi on vähentänyt fosforin valuntaa pelloilta vesistöön noin puolella. Vähenemä on myös saatu aikaan erittäin kustannustehokkaasti: yhden vesistöjä kuormittavan fosforikilon vähennys on maksanut noin 70 euroa, mikä on vain kolmasosa nykyisten käytössä olevien fosforia vähentävien toimien kuluista. SYKE:n tekemän aluekartoituksen mukaan Suomessa olisi noin 540 000 hehtaaria sellaista peltomaata, jolla kipsiä voitaisiin käyttää. Laajamittainen käyttö edistäisi tuntuvasti Suomen tavoitteita vähentää maatalouden fosforikuormaa sekä auttaisi saavuttamaan Itämeren suojelukomissio HELCOMin Suomelle asettamat vähennystavoitteet. Kipsin testausta ja käyttöä kannattaisi edistää ja tukea myös muissa Itämerta ympäröivissä maissa. Vesiensuojelumenetelmänä se tulisikin siis sisällyttää HELCOMin suosittelemiin toimiin sekä EU-maiden kansallisiin maatalouden tukijärjestelmiin.

Ministeri Tiilikainen kertoi seuranneensa pilotin edistymistä suurella mielenkiinnolla, sillä pilotti on myös yksi hallituksen kärkihankkeista*. Hän onnitteli tutkimusryhmää hienoista tuloksista. Pilotti toteutettiin onnistuneesti ja sen kautta on saatu kokemusta ja tietoa kipsin laajamittaisesta käytöstä. Nyt kun kipsi on osoittautunut tehokkaaksi uudeksi vesiensuojelukeinoksi, ei menetelmää ole varaa jättää huomiotta. Ministeri Tiilikainen esittikin, että peltojen kipsikäsittely tulisi saada maataloustukien piiriin jo seuraavalla, vuonna 2020 alkavalla ohjelmakaudella. Suomen tulisi myös edistää kipsikäsittelyn sisällyttämistä HELCOMin suosittelemien vesiensuojelukeinojen joukkoon tulevalla HELCOMin puheenjohtajakaudellaan. Tiilikainen summasi vielä lopuksi, että kipsi on tällä hetkellä ehkä kaikkein merkittävin vesiensuojelukeino maataloudessa.

Toimittajia kiinnostivat monet kipsiin liittyvät kysymykset. Kipsistä on uutisoitu eri yhteyksissä, mm. Venäjän ja Puolan jätekipsivuorten vuodoista uutisoidessa, nimenomaan negatiivisena asiana Itämeren rehevöitymisen kannalta. Savijoella käytetty kipsi on kuitenkin peräisin Siilinjärven kipsikasasta, joka on eristetty vesistöistä suljetulla vesikierrolla, joten vastaavia vuotoja ei pääse syntymään. Myös kipsin riittävyys laaja-alaiseen käyttöön sekä ja kuljetuslogistiikka puhutti toimittajia. Kipsin riittävyys ei tule olemaan ongelma, mutta sen logistiikkaan liittyy haasteita. Ne voidaan kuitenkin ratkaista porrastamalla kipsin levitys sekä maantieteellisesti että ajallisesti. Kipsin laajamittainen käyttö edellyttäisi myös EU:n laajuista kilpailutusta.

Mediatilaisuudesta on uutisoitu myös englanniksi NutriTrade-hankkeen sivuilla.

*Kipsipilotti on osa sekä EU Central Baltic -ohjelman rahoittamaa NutriTrade-hanketta että ympäristöministeriön rahoittamaa SAVE-hanketta. NutriTrade-hankkeessa kipsikäsittelystä kehitetään innovatiivista konseptia Itämeren suojeluun. SAVE-hanke vastaa kipsipilottiin liittyvästä tutkimuksesta ja se on yksi hallituksen kärkihankkeista.

 Tilaisuuden jälkeen kipsipilotti on ollut esillä useissa medioissa:

Yle Uutiset: Pelastetaanko Itämeri kipsillä? Pelloille levitetty kipsi vähensi fosforipäästöjä reilusti, ja nyt menetelmä halutaan käyttöön koko Itämeren alueella 25.5.2018

Ylen tv-uutiset (Peltojen kipsikäsittelystä kohdassa 13.52)25.5.2018

Yle Uutiset: Miksi ihmeessä levittäisimme kipsiä pelloille? Professori antaa viisi syytä  28.5.2018 

Helsingin yliopiston lehdistötiedote: Peltojen kipsikäsittelystä tehoa maatalouden vesiensuojeluun 25.5. 2018

Helsingin Sanomat: Varsinais-Suomen pelloille levitettiin yli 6000 tonnia jätekipsiä, ja tulokset ovat rohkaisevia – nyt kipsistä povataan jopa Itämeren pelastusta  25.5.2018

Maaseudun Tulevaisuus: Jälleen uusi tutkimusnäyttö kipsin hyödyistä: Leikkasi fosforivalumat puoleen 26.5.2018

Hufvudstadsbladet: Gips kan minska fosforutsläpp i Östersjön 26.5.2018

Maatilan Pellervo: Kipsi keventää fosforikuormitusta kesäkuu 2018

Peltojen kipsikäsittelystä julkaistu kaksi politiikkasuositusta

NutriTrade-hankkeen loppuseminaarin yhteydessä 25.5. peltojen kipsikäsittelystä julkaistiin kaksi politiikkasuositusta. Näissä suosituksissa keskitytään peltojen kipsikäsittelyyn Itämeren suojelumenetelmänä, ja ne on suunnattu kansainvälisille toimijoille – Policy brief 1 erityisesti alan tutkijoille ja Policy brief 2 HELCOM- ja EU-tason päättäjille. SAVE-hankkeessa tulemme työstämään suunnitelmia eteenpäin sekä tarkentamaan niitä CAP-reformin edetessä. Julkaisemme Suomeen keskittyvät politiikkapaperit loppuvuodesta.

NutriTrade Policy Brief No 1 :ssa esitellään peltojen kipsikäsittelyn soveltuvuutta laajamittaiseen käyttöön. Suosituksessa kuvaillaan kipsikäsittelylle soveltuvia alueita ja eri logistiikkamahdollisuuksia Varsinais-Suomessa toteutetun kipsipilotin tuloksiin ja kokemuksiin pohjautuen. Lisäksi siinä kerrotaan niistä ehdoista, jotka tulisi huomioida, jos kipsikäsittelyä suunnitellaan muihin Itämeren maihin. Suosituksessa kannustetaan tutkimaan ja pilotoimaan menetelmää eri olosuhteissa, koska menetelmällä on suuri potentiaali koko Itämeren suojelussa.

NutriTrade Policy Brief No 2 :ssa annetaan maatalouspolitiikkaa koskevia suosituksia laajamittaisen peltojen kipsikäsittelyn mahdollistamiseksi. Siinä puolletaan peltojen kipsikäsittelyn liittämistä osaksi HELCOMin suosittelemia toimenpiteitä sekä suositellaan liittämään peltojen kipsikäsittely osaksi EU-jäsenmaiden kansallisia tukiohjelmia.

Politiikkasuosituksista on uutisoitu englanniksi NutriTraden sivulla : Two Policy Briefs on Gypsum Amendment released

Sulfaattiselvityskoe – matka kohti tuntematonta

Sulfaatin vaikutuksesta luonnonvesien rehevöitymiseen kaivataan kipeästi lisää tietoa, sillä esimerkiksi SAVE-hankkeen kipsikäsittelyt ja Paattistenjoen ferrisulfaattikäsittelyt ovat lisänneet jokiveden sulfaattipitoisuuksia. Tuorein tutkimus toteutettiin Turun ammattikorkeakoulun laboratoriossa neljännen vuoden opiskelijoiden yhteistyönä. Tutkimuskohteena oli Turussa sijaitsevan Maarian tekoaltaan vesi ja pohjasedimentti. Syyskuun 2017 aikana järjestetyssä hankkeen infotilaisuudessa loksahtivat opiskelijaryhmän suut auki: mihin tässä oikein ollaan ryhtymässä?

Vuodenajan armoilla

Tammikuun toisena sunnuntaina oli hieman erikoista herätä aikaisin aamulla. Aamu poikkesi paljon tavanomaisesta päivärytmistä, mutta niin sen oli tällä kertaa tarkoituskin. Oli aika valmistautua näytteenottoon, joka polkaisi käyntiin muutaman päivän mittaisen työurakan alkavalle viikolle. Kolmen hengen tiimi kokoontui kampukselle tarkistamaan kaikki laitteet ja apuvälineet mitä näytteenotossa tarvitaan. Kaikki vaikutti olevan kunnossa, joten ei muuta kuin tavarat auton kyytiin ja matkaan kohti Maarian allasta.

Paikan päällä aamuaurinko alkoi jo pilkottaa taivaanrannasta antaen valoa alkavalle työpäivälle. Maarian altaalla kerättiin talteen ravinnepitoista sedimenttiä ja altaan vettä laboratoriokoetta varten. Ennen näytteenottoa oli tarvetta kuitenkin pienelle lihasvoimalle. Syynä oli noin 30 sentin jääkerros, minkä läpi oli päästävä monessa eri kohdassa. Urakkaa hankaloitti myös se tosiasia, että talviaikaan päivänvalolla on rajansa. Oli toimittava ripeästi ja koordinoidusti, jotta saimme näytteenoton onnistumaan. Lyhyet evästauotkin oli pakko porrastaa, jotta valoisa aika ei loppuisi kesken.

Haasteet olivat kuitenkin tällä kertaa vain pomppuja matkassa ja näytteenotto onnistui lähelle toivottua lopputulosta. Alkuillan pimeydessä pakkasimme tavarat ja näytteet autoon ja palasimme takaisin kampukselle. Näytteet saivat vielä odottaa maanantaiaamuun ennen kuin päätyivät varsinaiseen käsittelyyn.

Tutkimus pullotetuilla koeyksiköillä

Koevedestä valmistettiin lasipulloihin yhteensä 14 erilaista koeyksikköä, joista suurimmassa osassa oli lisäksi Maarian altaan pohjasedimenttiä. Eroavaisuuksia lähdettiin toteuttamaan lisäämällä tiettyihin pulloihin sulfaattia ja hiilen lähteenä toimivaa sokeria. Koeyksiköiden kokoamisen jälkeen odotettiin noin vuorokausi ennen ensimmäisiä määrityksiä. Kokeessa tarkoitus oli siis tarkastella lähtö- ja lopputilanteita.

Pintasedimenttiä Maarian altaasta (kuva: Eemeli Huhta/Turun AMK) sekä näytteenottoa koeyksiköistä (kuva: Emilia Suvanto/Turun AMK)

Mikäli suunnitelmissa oli päästä päivän päätteeksi nauttimaan raikkaasta tammikuisesta säästä, olivat ensimmäiset näytteet eri mieltä. Työpäivät venyivät jopa 16 tuntisiksi. Valmistautuminen oli tärkeässä roolissa. Pitkästä päivästä huolen piti etenkin näytteiden suodattaminen, koska koevesi oli hyvin sameaa. Analyysit valmistuivat kuitenkin suhteellisen nopeasti, koska työtaakka oli jaettu. Tittelin aikaa vievimmästä määrityksestä vei ylivoimaisesti sulfaatti, sillä yksi mittaus kesti 20 minuuttia.

Tutkimuksessa haluttiin asettaa myös mikrobitoiminta yhdeksi muuttujaksi. Ensimmäisen näytteenoton jälkeen tietyistä koeyksiköistä pyrittiin formaliinin voimalla poistamaan mikrobiologian vaikutus. Näiden toimenpiteiden jälkeen haluttiin pulloista poistaa lisäksi happi typpikaasulla. Tämän jälkeen pullot korkitettiin ja laitettiin pimeään tekeytymään kahdeksi kuukaudeksija odottamaan lopputilanteen tarkastamista. Tämän kahden kuukauden aikana ainoa toimenpide oli pullojen viikoittainen sekoittaminen.

Suodattaminen tuotti harmaita hiuksia (kuva: Emilia Suvanto/Turun AMK). Koeyksiköiden typettämistä (kuva: Emilia Suvanto/Turun AMK)

Hapettomat olosuhteet uutuutena

Sulfaatin vaikutus fosforin vapautumiseen tulee esille vasta hapettomissa oloissa. Näin ollen toisessa näytteenotossa tämä oli huomioitava myös laboratoriomääritysten osalta. Fokuksessa olikin se, miten laboratoriossa voidaan toimia hapettomasti. Tarvitsisiko koko laboratorio typettää hapettomaksi ja pitäisikö tutkijat varustaa avaruuspuvuin?

Näin järeisiin toimenpiteisiin ei sentään ollut tarvetta ryhtyä. Hapettomien olosuhteiden toimintamalliin lähdettiin hakemaan ratkaisua polyeteeniteltoista. Kyseessä on suljettu systeemi, jonka sisällä olevia olosuhteita, eli tässä tapauksessa happipitoisuutta, on mahdollista kontrolloida. Näiden telttojen rakenteissa oli kiinni neljä hansikasparia, kaksi kummallakin puolen, joten telttailemaan pääsi parhaimmillaan kaksi tutkijaa yhtäaikaisesti. Koeyksiköiden tavoin myös teltoista poistettiin happi typpikaasulla.

Typpiteltoilla työskentelyä (Kuva: Pasi Laaksonen/Turun AMK)

Typpiteltoilla työskentely laittoi käsiltään näppärimmänkin tutkijan kyvyt koetukselle, sillä teltan kömpelöillä hansikkailla jo pelkkä tavaroiden siirtely vaati erityistä tarkkuutta. Etenkin kaikkein pienimmät astiat olivat herkkiä kaatumiselle. Pelisilmä olikin valttia kahden tutkijan työskennellessä samassa teltassa samanaikaisesti. Tutkimuksen aikana haasteilta ei vältytty, esimerkiksi eräs näytepullo kaatui epäonnekkaasti useamman tutkijan toimesta. Kokonaisuus huomioiden telttahaasteesta selviydyttiin kuitenkin ansiokkaasti.

Loppu hyvin, kaikki hyvin

Toisesta määrityskierroksesta povattiin typpitelttojen takia erityisen haasteellista. Etenkin näytteiden suodattamista odotettiin kammoksuen. Suodattaminen sujui kuitenkin melko kivuttomasti, sillä koeyksiköiden vesi oli ensimmäiseen näytteenottoon verrattuna huomattavasti kirkkaampaa. Sen sijaan näytteiden määritykset veivät aikaa suodattamisenkin edestä, joten pitkiltä työpäiviltä ei tälläkään kertaa vältytty. Loppujen lopuksi hanketta voi pitää onnistuneena, erityisesti typpiteltoilla suoritettavat toimenpiteet oli melko hyvin suunniteltu etukäteen ja mutkia matkassa oli vain harvakseltaan.

Seikkailun tuloksista kerrotaan viimeistään loppukesästä. Kokeesta kerrottiin ensimmäisen kerran lyhyesti SAVEn blogissa helmikuussa.

 

Turun ammattikorkeakoulun opiskelijat:

Pasi Laaksonen (prosessi- ja materiaalitekniikka)

Jenni Ståhlberg (bio- ja elintarviketekniikka, sv. laboratoriotekniikka)

Tapio Kankaanpää (energia- ja ympäristötekniikka)

Viljelijöiden havaintoja pelloilta reilu vuosi kipsinlevityksen jälkeen

Viljelijöiden kokemukset kipsin käytöstä omilla pelloillaan ovat tärkeä osa pilotissa kerättävää tietoa. Suuret kiitokset vielä kaikille kyselyyn vastanneille!

Aikaisemmassa vuoden 2016 kyselyssä osa kysymyksistä käsitteli kipsin kuljetuksen, varastoinnin ja levityksen sujumista syksyllä 2016. Vastaukset olivat pääosin myönteisiä, koska vaikeuksia työvaiheissa kuivana syksynä oli koettu varsin vähän.

Elokuista satoa Liedossa (Kuva: Janne Artell)

Tällä kertaa kyselyssä keskiössä olivat viljelijöiden havainnot omilta kipsikäsitellyiltä pelloiltaan. Oliko kipsi vaikuttanut satoihin tai peltomaahan ja oliko kipsin vaikutus näkynyt muulla tavalla – peltolammikoissa, ojissa tai peltoja halkovassa Savijoessa? Vastauksia saatiin lähes yhtä paljon kuin viime vuonna: yhteensä 47 viljelijää kaikista 55 pilottiviljelijästä vastasi kyselyyn.

Tärkeimpänä huomiona kyselyn tuloksista voidaan kertoa, että yhdelläkään viljelijällä ei ollut havaintoja kipsin heikentävästä vaikutuksesta satoon tai maaperään omilla pelloillaan. Yksittäiset viljelijät arvioivat, että kipsillä oli ollut myönteinen vaikutus satoon. Maaperän parantumisesta raportoivat erityisesti kyntö- ja kevytmuokattuja peltoja viljelleet – noin kolmasosa heistä oli havainnut kipsin vaikuttaneen positiivisesti peltoihin. Myös yksittäiset suorakylvöpeltoja viljelleet kokivat kipsin parantaneen maaperää.

Peltojen tiivistyminen on keskeinen syksyisiin peltotöihin liittyvä haaste. Selvitimme siis myös kipsin levitystyön vaikutuksia peltoihin. Kolmasosa viljelijöistä oli havainnut jonkin verran pellon tiivistymistä ja neljäsosalla oli jäänyt jonkin verran uria peltoon. Pahoja ongelmia ei kuitenkaan esiintynyt kenelläkään ja suurin osa oli selvinnyt kokonaan ilman ongelmia. Asiaan vaikutti varmasti osaltaan vähäsateiset levityskelit syksyllä 2016.

Kyselyn perusteella kaksi kolmesta käyttäisi kipsiä uudelleenkin ja saman verran suosittelisi sitä muille viljelijöille. Tulos on samansuuntainen kuin vuoden 2016 kyselyssä. Suurin ero kyselyjen välillä näkyi huolissa peltomaan kovettumisesta ja kipsin vaikutuksesta satoon: melko paljon, paljon tai erittäin paljon huolestuttavana asiana niitä piti aiemmin puolet viljelijöistä – nyt enää noin kolmasosa.

Talvella kysyimme SAVE-hanketta edeltäneeseen Nummenpään TraP-hankkeeseen osallistuneilta viljelijöiltä heidän havaintojaan pelloilta noin kymmenen vuotta kipsinlevityksen jälkeen. Vastaukset olivat hyvin samansuuntaisia kuin Liedon viljelijöiltä saadut vastaukset. Pidemmänkään ajan kuluttua negatiivisia vaikutuksia ei pelloilla ollut näkynyt.

Kipsin vaikutuksia maaperään ja kasvustoon arvioidaan myös maa- ja kasvustonäytteiden avulla. Maanäytteitä on otettu ennen kipsinlevitystä ja kahtena keväänä levityksen jälkeen. Toiset kipsin jälkeiset kasvustonäytteet pelloilta otetaan kesäkuun loppupuolella. Tulokset kipsin vaikutuksesta maaperään ja kasvustoon saadaan syksyllä, kun molempien kipsinlevityksen jälkeisten vuosien analyysit ovat valmiita.

Venla Ala-Harja
Helsingin yliopisto

Dataähkyä ja päänvaivaa – eli miten kipsin vaikutus saadaan esille valuma-aluepilotissa

Petri Ekholm
Erikoistutkija
SYKE
+358 2952 51102
petri.ekholm (a) ymparisto.fi

Kun luonnontutkija haluaa jostain ilmiöstä tarkkaa tietoa, hän sulkeutuu laboratorion suojiin, säätää siellä yhtä vipua kerrallaan ja minimoi häiriötekijät. Kipsin vaikutuksen selvittämisessä tämä voisi tarkoittaa keinotekoista sadetusta ja fosforihuuhtoumien mittaamista maanäytteistä, jotka edustavat eri maalajeja, kasvipeitteisyyksiä ja muokkaustapoja. Labratutkijat tietävät, että ”älä koskaan toista onnistunutta koetta.” Olettaen, että tässä tutkimuksessa kaikki olisi mennyt kuin siinä kuuluisassa Yle Femman ohjelmassa, tulosten perusteella ei kuitenkaan voisi tehdä laajoja alueita koskevia laskelmia ja suosituksia. Erilaisten maalajien, kaltevuuksien, viljelykäytäntöjen ja säätilojen yhdistelmiä on laboratorion ulkopuolella yksinkertaisesti liikaa.

SAVE-hanke ei sulkeutunut laboratorioon vaan kipsin vaikutusta selvitetään paljaan taivaan alla, poikkeuksellisen laajalla käytännön kokeella, joka kattaa 82 neliökilometriä varsinaissuomalaista valuma-aluetta. Mitä yksityiskohtaisessa kipsimekanismien ymmärryksessä menetetään, voitetaan yleistettävyydessä. Näin voimme esimerkiksi paremmin arvioida, mikä on kipsin keskimääräinen vaikuttavuus Saaristomeren valuma-alueella. Laajan kenttätutkimuksen tuottaman aineiston käsittelyssä on kuitenkin omat kommervenkkinsa. SAVE-hankkeessa ne liittyvät pitkälti siihen, miten kipsisignaali erotetaan luontoäidin, ihmisen ja tekniikan tuottamasta kohinasta. Kyseessä kun ei todellakaan ole kontrolloitu laboratoriokoe.

Aineiston käsittely alkaa petollisen helposti: muutamalla hiiren klikkauksella saan ladattua Savijoen jatkuvatoimisten vedenlaatuanturien rekisteröimät tunnittaiset sameus-, sähkönjohtavuus-, fluoresenssi-, lämpötila- ja vedenkorkeusarvot Luode Consultingin serveriltä koneelleni. Vuotta 2018 aiemman aineiston saan vieläkin helpommin: laatuvarmistettuna Excel-tiedostona sähköpostiini.

Jatkuvatoimiset anturitkaan eivät kuitenkaan toimi jatkuvasti, vaan 1–2 % tunnittaisista tuloksista puuttuu. Antureiden ilmaisimiin menee roskia, tiedonsiirto serverille ei pelaa tai salama sekoittaa sähkönsaannin. Toistaiseksi pisin katkos kesti yli neljä päivää, kun Parmaharjun anturi uppoutui kevättulvassa 2017 joen pohjaan. Korvaan puuttuvat arvot olettamalla tasaisen muutoksen viimeisestä havainnosta ennen katkosta ensimmäiseen havaintoon katkoksen jälkeen, ts. lineaarisella interpoloinnilla. Näin luon Savijoen kolmelle havaintoasemalle helmikuun 19. päivästä 2016 alkavan yhtenäisen datasetin.

Tähän settiin lisään SYKEn hydrologeilta saamani tarkistetut valunta-arvot Savijoen mittapadolta ja laitan läppärini laskemaan kullekin asemalle maa-ainekseen sitoutuneen fosforin huuhtoumat. Laskennassa käytän hyväksi anturien mittaaman sameuden ja vesinäytteistä laboratoriossa määritetyn maa-ainesfosforin välistä yhteyttä.

Tulokseksi saan, että Savijoen yläosan kipsittömällä vertailualueella on huuhtoutunut ennen kipsinlevitystä, siis ajalla 19.2.–31.7.2016, keskimäärin 80 grammaa maa-ainesfosforia neliökilometriltä päivässä. Kipsialueen alaosan Parmaharjulla huuhtouma on ollut vastaavana aikana 50 % suurempi, 120 grammaa neliökilometriltä päivässä.

Eihän tämän näin pitänyt mennä! Oletimme nimittäin, että huuhtoumat ennen kipsiä olisivat samaa suuruusluokkaa Savijoen eri osissa. Onhan valuma-alue melko samanlainen ylhäältä alas. Kevään 2016 aineiston perusteella näyttää kuitenkin siltä, että alue, jolle kipsiä levitettiin, on eroosioherkempää kuin vertailualueeksi jätetty yläosa. Tällaista tilannetta ei olisi tullut vastaan kontrolloidussa laboratoriokokeessa.

Voisiko alueiden välinen ero johtua siitä, että vertailualueella on hieman vähemmän peltoja (39 % valuma-alueesta) kuin kipsinlevitysalueella (44 %)? Jos oletamme, että maa-ainesfosforia tulee vain pelloilta ja suhteutamme fosforihuuhtoumat peltoisuuteen, ero alueiden välisissä huuhtoumissa pienenee, mutta ei poistu. Eroa ei myöskään selitä peltojen maalaji, joka on enimmäkseen savea. Ainoa toistaiseksi tiedossamme oleva selitys on se, että yläjuoksun pellot ovat tasaisempia kuin kipsinlevitysalueella ja siten vähemmän eroosioherkkiä. Jos teillä hyvät blogimme lukijat on alueiden erosta näkemyksiä, niin kertokaa meille!

Kipsin levityksen jälkeen (1.11.2016–18.1.2018) fosforihuuhtoumat alueiden välillä ovat olleet päinvastaisia: vertailualueelta on huuhtoutunut 194 grammaa maa-ainesfosforia neliökilometriltä päivässä, mutta Parmaharjulla vain 174 grammaa. Tämä siitä huolimatta, että Parmaharjulle tultaessa vain 43 % kaikista pelloista on käsitelty kipsillä. Kipsi siis vaikuttaa purevan maa-ainesfosforiin, mutta tarkasti ottaen miten paljon? Tätä olen parhaillaan pohtimassa.

Savijoen veden sameus aleni kipsin levityksen jälkeen. Mutta mikä oli juuri kipsin vaikutus veden kirkastumisessa ja fosforihuuhtoumien vähenemisessä? Kuvassa Parmaharjun aseman tulokset suhteutettuna valuntaan. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

Koska tutkimusalueemme ei ole tasalaatuinen, alueiden erot on otettava tuloksia tulkittaessa huomioon. Olen jakanut valuma-alueen kolmeen osaan: (1) Savijoen yläjuoksu mittapadolle asti on siis vertailualue, (2) mittapadolta Yliskulmalle kuljettaessa olemme kipsinlevitysalueen yläosassa ja (3) alue Yliskulmalta Parmaharjulle on kipsinlevitysalueen alaosa. Kunkin näistä kolmesta alueesta olen jakanut maankäytöltään viiteen luokkaan: pellot, joille ei ole levitetty kipsiä, kipsipellot (nämä luonnollisesti puuttuvat vertailualueelta), kivennäismailla olevat metsät, rakennetut alueet ja viimeisimpänä sekä vähäisimpänä luokka ”muu maankäyttö”. Maankäyttöalat saan SYKEn tuottamasta CORINE2012-tietokannasta.

Kartta tutkimusalueesta, jossa näkyvät ylhäällä oleva vertailualue, ylempi ja alempi kipsialue sekä näytteenottopaikat. Kartta: Elina Röman / SYKE

Tämän jälkeen arvioin kaikille kolmelle alueelle ja niiden viidelle maankäyttöluokalle ominaiskuormituksen. Vaikka Savijoki on peltovaltainen, yleisin maankäyttöluokka on metsä. Onnekkaasti metsälle löytyy alueelta mittaustietoa, sillä metsätalouden vesistökuormituksen seurantaverkon valuma-alueista kaksi (Ojakorpi ja Rantainrahka) sijaitsee vertailualueen latvoilla. Rakennetulle ja muulle alueelle sekä haja-asutukselle käytän kirjallisuusarvioita ja peltojen ominaiskuormituksen arvioin keräämämme aineiston avulla. Tässä otan huomioon kotieläimet ja viljelijöiltä saadut tiedot. Harjoituksen tuloksena saan arvioitua maa-ainesfosforin huuhtoumat kipsi- ja ei-kipsipelloille, ja näiden perusteella kipsin tuottaman reduktion. Kaikki huuhtoumiin vaikuttavat tekijät, joista on olemassa mittaus- tai kirjallisuustietoa, otetaan siis huomioon, jolloin kohinaa saadaan vaimennettua ja kipsisignaali mahdollisimman kirkkaana esille. Onneksi kipsin vaikutus on niin suuri, että valuma-aluetasonkin kokeesta saadaan oikean suuruusluokan tietoa, vaikka kaikkea epävarmuutta ei voidakaan eliminoida.

Seuraavassa blogissani esittelen tulokset eli sen, mikä on ollut kipsin vaikutus maa-ainesfosforiin, kiintoaineeseen, liuenneeseen orgaaniseen aineeseen ja sulfaattiin lähes kaksi vuotta kipsin levityksen jälkeen. Vastaavanlaisen arvion teen myös liuenneelle fosforille, sille kaikkein rehevöittävimmälle fosforimuodolle. Tällöin käytössäni ei kuitenkaan ole tiheää anturidataa vaan ainoastaan suhteellisen harvoin otetuista käsinäytteistä määritetyt pitoisuudet. Liuenneen fosforin suhteen joudumme siis sietämään suurempaa epävarmuutta.

Kurkistus jäänkannen alle – mädinhaudontaa Savijoella

Viime syksynä aloitimme taimenen mädinhaudontakokeen, jossa selvitämme, miten Savijokea ympäröivillä pelloilla tehty kipsinlevitys vaikuttaa taimenen alkioiden selviytymiseen ja kasvuun Savijoella. Tätä varten rakensimme keinopesiä, jotka muistuttavat olosuhteiltaan mahdollisimman hyvin taimenen oikeita kutupesiä.

Tammikuun puolivälissä kävimme tarkistamassa, mitä viime syksynä rakentamillemme keinopesille kuului. Uutiset olivat sekä hyviä että hieman huolestuttavia. Kaikki keinopesät olivat paikoillaan syksyn ja alkutalven runsaiden sateiden jäljiltä, eikä millään koepaikalla ollut jäänkantta tuolloin. Savijoella kipsinlevityksen vaikutuspiirissä olevalla Koskelan alueella joen pohjaan ja myös keinopesien päälle oli kuitenkin muodostunut jäätä. Metsäisen vertailujoen, Järvijoen, keinopesiin oli puolestaan kertynyt hiekkaa. Sen sijaan Savijoella mittapadon yläpuolisella kipsittömällä vertailualueella emme havainneet merkkejä pohjajäästä tai hiekasta. Koskelan ja Järvijoen havainnot kuitenkin herättivät kysymyksen siitä, miten muut kuin kipsinlevitykseen liittyvät tekijät saattaisivat vaikuttaa alkioiden selviytymiseen tai kasvuun. Tämä selviäisi meille kuitenkin vasta kevään näytteenottojen jälkeen.

Kuvat 1 a–c. Kurkistus jäänkannen alla oleviin keinopesiin Järvijoella. (Kuvat: Maija Hannula)

Kevätauringon lämmittäessä maaliskuun lopulla teimme ensimmäisen näytteenottoreissun – tai no, ainakin yritimme ottaa näytteitä. Alkuvuoden pakkaset olivat muodostaneet Savi- ja Järvijoelle paksut jäänkannet. Järvijoella löysimme keinopesät helposti jään alta, ja kaikki kolme pesää olivat myös veden alla (Kuvat 1 a–c). Poimimme kaikista pesistä yhden satunnaisesti valitun haudontasylinterin, joista kaikista paljastui iloinen yllätys! Hiekasta huolimatta suurin osa (62–88 %) taimenen alkioista oli elossa kussakin sylinterissä. Näin ollen Järvijoella keinopesiin ja sylintereihin kertynyt hiekka ei ainakaan toistaiseksi ollut juurikaan koitunut alkioiden kuolemaksi.

Kuva 2. Koskelassa sameaa vettä virtasi jo melko keväiseen malliin jään päällä. (Kuva: Maija Hannula)

Savijoella Koskelassa jää- ja vesitilanne kuitenkin yllätti meidät täysin (Kuva 2). Jään päällä oli vettä, mikä heikensi työskentelynäkyvyyttä yrittäessämme rikkoa noin 40 cm:n paksuista jäänkantta. Parin tunnin tuloksettoman jäänsärkemisen jälkeen päätimme keskeyttää näytteenottoyrityksen. Sen verran kuitenkin saimme rikottua jäätä, että havaitsimme jään alla olevan vettä. Joki ei siis ollut jäätynyt täysin pohjaa myöten ja olikin toivoa, että myös keinopesät olisivat veden alla. Alkioiden selviytyminen varmistuu kuitenkin vasta myöhemmissä näytteenotoissa. Lopuksi kävimme vielä tarkistamassa tilanteen Savijoen vertailualueella. Aivan kuten Koskelassakin, myös vertailualueella jäänkansi peitti joen ja jään päällä virtaili vettä (Kuva 3). Vertailualueellakaan jää ei kuitenkaan ulottunut joenpohjaan asti joka kohdassa.

Kuva 3. Myös Savijoen vertailualueella mittapadon yläpuolella virtaili vettä sekä jään päällä että alla. (Kuva: Maija Hannula)

Jääolosuhteiden takia joudummekin vielä odottamaan ensimmäisiä varsinaisia haudontakokeen tuloksia Savijoelta. Tämänhetkisen sääennusteen mukaan Lounais-Suomeen on tiedossa aurinkoisia ja lämpimiä kevätpäiviä, joten seuraava maastoreissu tehdäänkin todennäköisesti jo aivan lähiviikkoina!

Hanna Arola
Bio- ja ympäristötieteiden laitos
Jyväskylän yliopisto

Kipsikäsittelyn esittelyä Gdanskissa

Maaliskuun puolivälissä NutriTrade-hanke järjesti kipsikäsittelyä esittelevän tilaisuuden Gdanskissa, Puolassa, osana BONUS-ohjelman konferenssia. Konferenssiin oli kokoontunut Itämeren tilan parantamista tavoittelevia ympäristöalan tutkijoita ja muita toimijoita. Mukana oli sekä yhteiskunta- että luonnontieteilijöitä.

Bonus Secretariatin kutsu konferenssiin (Kuva: Bonus Srecretariat)

Tilaisuudessa esiteltiin kipsipilotin toteutusta ja tähän mennessä saatuja tuloksia. Professori Markku Ollikainen esitteli kipsipilottia sekä kipsinlevityksen soveltuvuutta uudeksi kustannustehokkaaksi vesiensuojelumenetelmäksi. Hän kertoi, kuinka kipsi vähentää sekä partikkeli- että liukoisen fosforin huuhtoutumista vesistöihin. Kipsimenetelmä on myös viljelijöille helppo menetelmä ja potentiaalista kipsinlevitysaluetta on Suomen pelloilla laajasti. Koska pilotissa on saatu lupaavia tuloksia, menetelmää ja pilottikokeiluja kannattaisi laajentaa myös muihin Itämeren maihin, kuten Puolaan, Ruotsiin ja Tanskaan.

Professori Markku Ollikainen esitteli mm. potentiaalista kipsinlevitysaluetta Suomessa. (Kuva: Venla Ala-Harja)

Erikoistutkija Petri Ekholm Suomen ympäristökeskuksesta kertoi kipsin vaikutuksesta vedenlaatuun ja maaperään. Alustavien tulosten mukaan kipsi on vähentänyt partikkelifosforin huuhtoutumista vesistöön 40-50 %. Liukoisen fosforin osalta tuloksia vielä odotellaan, mutta aiemmissa tutkimuksissa kipsi on vähentänyt kuormitusta jopa 30 %. Petri Ekholm kertoi myös kipsin mahdollisia haittavaikutuksia koskevista tutkimuksista. Tähän astisten tutkimusten mukaan peltojen kipsitys on turvallinen menetelmä myös ympäröivän luonnon ja peltojen kasvukunnon kannalta.

Erikoistutkija Petri Ekholm Suomen ympäristökeskuksesta kertoi kipsin vaikutuksesta vedenlaatuun ja maaperään. (Kuva: Venla Ala-Harja)

Projektikoordinaattori Eliisa Punttila kertoi pilotin käytännön toteutuksesta ja sitä edeltäneestä tutkimuksesta. Hän toi esille, että maataloudessa käytettävä kipsi ei saisi sisältää raskasmetalleja tai uraania. Puhdasta kipsiä on saatavissa mm. erilaisten teollisten prosessien sivutuotteena ja FGD-kipsiä voimalaitosten savukaasujen rikinpoiston seurauksena. Samoin louhittua luonnonkipsiä voidaan käyttää pelloilla. Myös kipsin soveltuvuus erilaisille peltomaalajeille vaihtelee.

Projektikoordinaattori Eliisa Punttila esitteli pilotin käytännön toteutusta ja kertoi sitä edeltäneestä tutkimuksesta. (Kuva: Venla Ala-Harja)

Esitysten jälkeen osallistujat tekivät tarkentavia kysymyksiä mm. pilottipeltojen savipitoisuudesta ja happamuudesta. Erikoistutkija Risto Uusitalo Luonnonvarakeskuksesta oli mukanamme vastaamassa maaperäkysymyksiin. Puolalaiset maaperäasiantuntijat kertoivat, että rikin puute on ongelma monilla puolaisilla pelloilla ja kipsi vaikuttaa myönteisesti myös maaperän rikkipitoisuuteen. Taloustieteilijää kiinnosti, miten kipsimenetelmä vaikuttaisi muihin käytössä oleviin vesiensuojelumenetelmiin. Professori Ollikainen vastasi kipsimenetelmän olevan helposti yhdistettävissä myös muihin menetelmiin. Kipsinlevityksen ajoituksen yhteys levityksen aiheuttamaan vesistöjen sulfaattipitoisuuden nousun voimakkuuteen herätti myös pohdiskelua.

Esitysten jälkeen osallistujat tekivät tarkentavia kysymyksiä ja keskustelivat mm. kipsin soveltumisesta erilaisille peltomaalajeille sekä siitä, miten kipsimenetelmä vaikuttaisi muihin käytössä oleviin vesiensuojelumenetelmiin. (Kuva: Venla Ala-Harja)

Tilaisuus sujui hyvin ja herätti osallistujissa kiinnostusta. Esimerkiksi Puolassa saattaa mahdollisesti syntyä yhteistyöprojekteja myöhemmin.

Projektikoordinaattori Eliisa Punttila kirjoitti tilaisuudesta NutriTraden sivulle. Teksti on suomenkielinen lyhennelmä hänen raportistaan.

Savimaaprofiili Liedossa

Kipsin vaikutusta SAVEn pilottialueen peltojen maaperään ja kasvustoon tutkitaan perusteellisesti. Pelloilta otettiin sekä maa- että  kasvustonäytteitä ennen kipsinlevitystä kesällä 2016 sekä kipsinlevityksen jälkeisenä keväänä ja kesänä 2017. Uusia näytteitä otetaan jälleen tänä vuonna. SAVE-hankkeen tulokset kipsin vaikutuksesta maaperään ja kasvustoon saadaan, kun molempien kipsinlevityksen jälkeisten vuosien analyysit ovat valmiita – viimeistään siis ensi syksynä.

Eläkkeellä oleva maaperä- ja ympäristötieteen professori Markku Yli-Halla kirjoitti noin vuosi sitten blogissa ennen kipsinlevitystä otettujen näytteiden analyysituloksista. Nyt hän on kirjoittanut kuvauksen Liedon alueen tyypillisestä savimaaprofiilista. Kansainvälisen käytännön mukaan tehty maalajin nimeäminen on tärkeää taustatietoa, kun maanäytteistä tehtyjä havaintoja raportoidaan.  

Suomen Maaperätieteiden Seura ry:n retkellä 25.8.2017 tutustuttiin tyypilliseen lounaissuomalaiseen savimaahan. Kohde, jonka korkeus on 30 m meren pinnan yläpuolella, sijaitsi SAVE-hankkeen toiminta-alueella 3 km Yliskulmalta Turun suuntaan Parmaharjun hyppyrimäelle vievän paikallistien varressa. Valtatie 10:ltä oli kohteelle matkaa 400 m. Savijoki oli kohteesta 150 m etäisyydellä noin 5 m alemmalla korkeustasolla.

Markku Yli-Halla esitteli Liedon savimaata Maaperäseuran retkeläisille elokuussa 2017.

Alueen maaperän valtamaalajeja ovat erilaiset savimaat (savespitoisuus yli 30 %), jotka ovat kauttaaltaan viljelykäytössä. Savipatjan paksuus on paikoitellen jopa 30 metriä. Peltoja ympäröivät kalliomaat (kallio lähempänä kuin 1 m maan pinnasta) sijaitsevat korkeammilla alueilla ja kasvavat metsää. Useita kalliomaa-alueita ympäröi kapea hieta- ja hiekkamoreenivyöhyke, joka monessa tapauksessa on otettu viljelyyn. Peltoa on raivattu niin pitkälle kun kivisyys on sallinut. Alueella on myös jonkin verran hienoa hietaa, joka sijaitsee Savijoen uoman välittömässä läheisyydessä. Savijoki on alueelle tyypillinen pieni joki, joka on uurtanut uomansa savipatjan läpi pohjamoreeniin saakka. Tästä ovat osoituksena joen pohjalla näkyvät kivet, jotka voivat olla läpimitaltaan jopa puolen metrin luokkaa. Jokiuoma on syntynyt aikojen kuluessa eroosion tuloksena, ja pellot viettävät jokeen joskus jyrkästikin.

Liedossa syysvehnäpeltoon oli kaivettu kaivinkoneella 165 cm:n syvyinen kuoppa. Rinne vietti etelään ja sen kaltevuus oli noin 3 %. Pohjaveden pinta oli tutkimushetkellä 164 cm:n syvyydessä. On todennäköistä, että korkeahko pohjaveden pinta tällä pellolla selittyy ainakin osaksi pohjoisen puoleiselta metsäiseltä kalliomaa-alueelta valuvilla vesillä. Lisäksi maa on kauttaaltaan savea, ja pohjamaan vedenjohtavuus on epäilemättä äärimmäisen pieni.

Maaprofiilista erotettiin morfologisin (ulkonäköön pohjautuvin) perustein horisontteja, joita luonnehditaan alla olevassa taulukossa. Maan värien koodaaminen on tehty kansainvälisesti käytetyn Munsellin värikarttakirjan avulla ja nimi annettu EU:n suositteleman WRB-järjestelmän mukaan.

Taulukko 1. Liedon savimaan morfologisia ominaisuuksia (Markku Yli-Halla)

Kuvassa 1. näkyy Liedon savimaa. Horisonttirajat  näkyvät  valkoisina pisteinä. Horisonttien  pedogeneesiä  kuvaavat lyhenteet on merkitty  kunkin horisontin kohdalle.

Kuva 1. Liedon savimaa (Kuva: Jaakko Mäkelä)

 

p = muokkauskerros (ploughing)

w = rapautumisen merkkejä (weathering)

g = usein vedellä kyllästynyt kerros

t = kokkareiden pinnoilla suspensiona ylempää liikkunutta savesta (illuvial clay)

 

 

Kuvassa 1. näkyvä Ap1-horisontti on nykyinen muokkauskerros. Peltoa on aikaisemmin muokattu syvemmältä, minkä seurauksena on nähtävissä Ap2-horisontti. Muokkauskerrosten alla on Bw-horisontti, jossa on jonkin verran rapautumisen merkkejä, mm. ruskeita rautasaostumia. Bg-horisontissa on runsaasti rautasaostumaa. Tämä horisontti on kaikkein sitkein ja vaikein kaivaa. Pintamaa tämän horisontin alarajaan saakka on yleisväriltään ruskea, mutta 50 cm:n alapuolella väri muuttuu harmaaksi, mikä osoittaa maan olevan pitkiä aikoja veden kyllästämää. Tästä syvyydestä alkaen maassa on prismamainen rakenne. Prismojen pinnoilla on nähtävissä ylemmistä horisonteista kulkeutunutta savesta (illuvial clay), joka on takertunut lohkopinnoille ja vanhojen juurikanavien seinämiin. Tämä saveksen kulkeutuminen Suomen maaperässä on ilmiö, joka on dokumentoitu vasta 10 vuotta sitten, mutta sitä näyttää esiintyvän käytännössä kaikilla savimaillamme. Saveksen kertymistä on eniten Btg2-horisontissa 77-110 cm:n syvyydessä. Btg3-horisontissa oli vanhojen juurikanavien ympärille saostuneita rautapillejä. Cg-horisontti erottui selvästi ylemmistä horisonteista rakenteensa ja harmaansinisen värinsä perusteella. Tämä horisontti oli pehmeää, massiivista savea, joka ei ilmeisesti ole koskaan kunnolla kuivanut, koska siinä ei ollut minkäänlaista rakennetta.

Tämän maan WRB-luokituksen mukainen nimi on seuraava:

Gleyic Luvic Eutric Stagnosols (clayic, drainic, protovertic)

Stagnosolsnimi kertoo siitä, että maan pintakerrokset ovat usein sadeveden kyllästämiä. Tämä ei ole ihme, koska Bw- ja Bg-horisonttien vedenjohtavuus on ilmeisen huono. Näissä horisonteissa kokkareiden sisäosissa on paljon ruostesaostumia, mikä tukee olettamusta, että maassa on stagnic properties.

Gleyic-attribuutti kertoo, että maassa on pohjaveden kyllästämiä kerroksia lähempänä kuin 75 cm päässä maan pinnasta; tässä maassa nämä kerrokset alkoivat 50 cm syvyydestä. Luvic-attribuutti ilmaisee saveksen kulkeutumista (clay illuviation) maaprofiilissa alaspäin ja tämän tuloksena syntyneitä pinnoitteita.

Maasta ei ole tehty analyysejä, mutta muista samantapaisista maista olevien tietojen perusteella voidaan olla varmoja siitä, että kationinvaihtokapasiteetista (pH 7) vähintään 50 % (todennäköisesti yli 80 %) on Ca:n, Mg:n, K:n ja Na:n täyttämää. Siksi voidaan käyttää attribuuttia eutric. Drainic-attribuutti ilmaisee sen, että maa on ojitettu. Vertic-attribuutti puolestaan ilmaisee maan halkeilutaipumuksen, joka johtuu korkeasta savespitoisuudesta ja siitä, että savimineraaleilla on paisumis- ja kutistumistaipumusta. Suomen ilmasto on kuitenkin liian kostea ja tämä maa liian märkä, jotta tämä kuivumisen aiheuttama kutistuminen ja maan halkeilu tulisivat kovin selvästi näkyviin. WRB-järjestelmän uusimpaan versioon onkin tällaisia maita varten lisätty attribuutti protovertic. Jos maasta on tarpeen käyttää lyhempää nimeä, se voisi olla Luvic Stagnosols.

Maaperä- ja ympäristötieteen professori Markku Yli-Halla

Kirjallisuus:  

IUSS Working Group WRB 2014. World reference base for soil resources. World Soil Resources Report 106. FAO, Rome.